研究表明典型的季风区主要位于亚洲南部，有关季风形成原因和机制的研究大都围绕亚洲季风展开。对于同样具有大尺度海陆分布和大地形的北美大陆而言，季风仅局限于美国西南部以及墨西哥西北部之间较小的区域。那么在相似的海陆分布背景下，为什么北美是大面积非季风区？徐海明教授课题组应用全球大气环流模式（CAM5.1）设计一系列敏感性试验，探讨落基山脉的高度和面积对北美季风的影响，以期揭示北美大面积非季风区的形成原因，进一步探究季风形成的关键驱动力。
为了探究北美大地形高度对北美季风面积的影响，本文设计了一系列数值试验。CTL试验保持现有的全球海陆分布状况，用来模拟真实的北美季风。四个敏感性试验分别将落基山脉（RMs）抬升2倍到5倍高度。模式结果表明，随着RMs的持续抬升（图1c−f），由MPI指数的变化可见北美季风区逐渐增大，降水场发生明显的季节性转变，北美中部的季风区向北向东逐渐扩大。当RMs地形抬升至5倍高度（图1f），北美上空大部分非季风区变成季风区。分析机制发现冬季以RMs抬升的动力效应为主，夏季以热力效应为主。在冬季，动力效应在对流层诱发了相当正压大气响应，北美的大部分地区在冬季受到北风的影响，因此东部RMs上空增强的下沉运动有利于干燥天气。然而在夏季，随着RMs抬升，墨西哥高层和低层气旋环流增强，引发大范围上升运动。北美东部主要受北大西洋副热带高压西侧增强的南风控制。因此，RMs东侧水汽输送和上升运动的增强增加了夏季降水，最终形成了明显的“冬干夏湿”的季节变化特征，表明RMs高度对美国中部季风的形成起着至关重要的作用。
为进一步研究RMs大地形面积对北美季风区域的影响，本研究在RMs抬升1倍到5倍的基础上将山脉分别向东扩张5°和10°。当RMs地形高度不变时，东扩5°与10°的MPI指数变化并不明显，只在北美中部略有增加（图11a、f），这说明RMs不抬升时大地形的面积对北美季风区的影响较小。将RMs抬升5倍高度再将范围东扩10°时（Ex10UP5试验），北美大陆除RMs以外的区域基本上都转变为季风区（图11j）。定性和定量分析表明，北美季风区对RMs的高度比面积更为敏感，即山脉大地形的高度才是北美大范围季风区形成的关键因子，而RMs的面积对其造成的影响相对较小。
该成果发表在《International Journal of Climatology》，研究工作得到国家自然科学基金项目（41975106）的资助。
图1 （a）观测和（b-e）CAM5试验中基于MPI指数定义的北美季风区(蓝色阴影)：（b）CTL试验，（c）UP2试验，（d）UP3试验，（e）UP4试验和（f）UP5试验。红色框为关注的北美区域。
图2 CAM5试验中基于MPI指数定义的北美季风区(蓝色阴影)：（a） Ex5UP1试验, （b）Ex5UP2试验, （c）Ex5UP3试验, （d）Ex5UP4试验, （e）Ex5UP5试验, （f）Ex10UP1试验, （g） Ex10UP2试验, （h）Ex10UP3试验, （i）Ex10UP4试验, 和（j）Ex10UP5试验。
文章信息：
Qin, R., Chen, H., Xu, H., Deng, J., Ma, J., Hu, M. 2023. Why a large-scale monsoon does not exist in North America: Orographic effects. International Journal of Climatology. https://doi.org/10.1002/joc.8121
